Come Funziona il GPS: Tutto Quello Che Devi Sapere

Il GPS, acronimo di Global Positioning System, è un sistema di navigazione globale che utilizza segnali provenienti dai satelliti per determinare la posizione esatta di un dispositivo sulla Terra. Così sappiamo sempre dove ci troviamo e in qualunque momento. Quante volte lo usate? Probabilmente lo usate senza neanche accorgervene. Cercate magari un bel ristorante su google e in automatico vi indica quelli più vicini alla vostra posizione. Navigazione stradale. Trasporti. Soccorso e fitness. Il GPS funziona come una sorta di ‘cane da caccia’ dal fiuto imbattibile. La sua capacità di fornire informazioni precise e tempestive sulla posizione rende il GPS una tecnologia indispensabile in molti campi. Ormai è il nostro orientamento primario, come le stelle lo erano per gli egizi.

In questo articolo, vi spiegheremo come funziona il GPS, in quali campi trova applicazione e altre curiosità ignote. Prima però conviene aprire una doverosa parentesi sui satelliti artificiali.

Tutto ha inizio durante la Guerra Fredda

La Guerra Fredda è un’officina piena di invenzioni storiche. La paura di un futuro tetro, percepibile nell’aria, spinse le grandi potenze mondiali a superarsi, ad essere sempre un passo avanti rispetto all’avversario. L’esplosione atomica di Hiroshima e Nagasaki lasciò impressa l’immagine del fungo atomico nelle retine degli spettatori globali. Si tradusse in un rafforzamento delle difese territoriali: prevenire catastrofi era cruciale. Il GPS è figlio di questo periodo storico. Gli Stati Uniti si resero conto della necessità di un sistema di navigazione preciso per le operazioni militari. Nel 1973, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti iniziò a lavorare allo sviluppo di un sistema di navigazione basato sull’utilizzo di segnali provenienti dai satelliti, in modo tale da superare i limiti dei precedenti sistemi di navigazione.

L’idea era quella di utilizzare una serie di satelliti in orbita intorno alla Terra per inviare segnali verso un dispositivo GPS sulla Terra. Il dispositivo avrebbe poi utilizzato questi segnali per calcolare la posizione esatta. Questo sistema, noto come NAVSTAR GPS, è stato progettato per fornire informazioni precise sulla posizione, velocità e tempo in qualsiasi momento e in qualsiasi luogo del globo.

Grazie alle conoscenze acquisite un decennio prima sui primi satelliti artificiali, impiegati nella corsa allo spazio, il 22 febbraio 1978 fu lanciato nello spazio il primo satellite GPS: il NAVSTAR 1. Nel 1983 fu usato a scopo militare. Nel 1991, il governo degli Stati Uniti ha deciso di rendere il sistema disponibile per uso civile, aprendo la strada a una vasta gamma di applicazioni commerciali. Da allora, la tecnologia GPS è diventata sempre più diffusa e accessibile. Oggi, il GPS è utilizzato in una vasta gamma di applicazioni, dalla navigazione stradale all’agricoltura, dai trasporti alla pesca, dal soccorso all’esplorazione spaziale.

Adesso entriamo nei dettagli più tecnici per spiegare il funzionamento del GPS odierno!

Meccanismi del GPS

Come funziona esattamente questo sistema? Quali sono le fasi che vengono attraversate per calcolare la posizione esatta?

Per prima cosa, teniamo in considerazione i satelliti GPS intorno alla Terra: in orbita intorno al nostro pianeta, a un’altezza di circa 20’200 km, ci sono molteplici satelliti che lavorano per il GPS. In tutto il mondo ci sono varie tecnologie per determinare la posizione precisa sulla Terra. La più nota è il sistema GPS, acronimo di Navigation System with Timing And Ranging Global Positioning System, sviluppato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, ma utilizzato anche per scopi civili. Il sistema GPS è costituito da 31 satelliti. Altri sistemi di posizionamento globale includono il GLONASS della Russia, composto da 31 satelliti di cui solo 24 operativi, il GALILEO europeo, attivo dal 2016 e costituito da 30 satelliti, il BEIDOU cinese e l’IRNSS indiano.

All’interno di ogni satellite c’è un orologio atomico precisissimo. I satelliti inviano costantemente un segnale radio che include la loro posizione e l’orario di trasmissione. Il dispositivo GPS utilizza questi segnali per stabilire la propria posizione attraverso alcune complesse equazioni.

Postilla sull’orologio atomico – Un orologio atomico è un tipo di orologio che utilizza oscillazioni atomiche. Le oscillazioni atomiche sono le vibrazioni di un atomo all’interno dell’orologio, utilizzate per mantenere una precisione estremamente elevata.

Ora elenchiamo, passo dopo passo, le fasi che vengono attraversate per calcolare la posizione esatta in cui ci troviamo.

1. Ricezione dei segnali: Il primo passo per calcolare la posizione con il GPS è quello di ricevere i segnali dai satelliti. Il dispositivo GPS, come un telefono cellulare o un navigatore stradale, riceve i segnali dai satelliti che si trovano in orbita intorno alla Terra. In questo caso lo smartphone è il ricevitore.
2. Calcolo della distanza: Una volta ricevuti i segnali, il dispositivo GPS utilizza la tecnologia di triangolazione per calcolare la distanza dai singoli satelliti. La triangolazione è un metodo matematico che permette di determinare la posizione di un punto rispetto a due o più punti noti. In questo caso, i punti noti sono i satelliti e il punto di cui si vuole determinare la posizione è il dispositivo GPS.
3. Determinazione della posizione: Utilizzando i calcoli di distanza dai satelliti, il dispositivo GPS è in grado di determinare la posizione esatta in base alle informazioni ricevute dai segnali.
4. Aggiornamento costante: Il GPS utilizza un metodo di trilaterazione, ovvero, utilizzando i segnali di tre o più satelliti, determina la posizione esatta del dispositivo in qualsiasi momento.
5. Correzione dell’errore: Per migliorare la precisione, una volta determinata la posizione, il sistema utilizza i segnali di un quarto satellite per correggere gli errori di posizionamento causati dall’atmosfera e dalle interferenze elettromagnetiche.
6. Visualizzazione della posizione: Infine, il dispositivo GPS visualizza la posizione determinata su una mappa o su un display, permettendo all’utente di sapere esattamente dove si trova e come raggiungere la destinazione desiderata.

L’imprecisione del Global Positioning System

Anche se gli orologi atomici sui satelliti sono estremamente precisi, il sistema GPS non è perfetto, con una precisione in condizioni ideali di 5 metri o inferiore. Ciò è dovuto a limiti nella ricezione del segnale, come il ritardo quando attraversa la ionosfera (che aumenta con l’angolazione del satellite rispetto all’orizzonte) e variazioni di umidità e pressione atmosferica che possono causare errori e perdite di precisione nella posizione. Lo sviluppo di tecnologie sempre più sofisticate ridurrà i margini di errore fino al minimo.  Possiamo chiudere un occhio su qualche errore commesso, dai!

Dove trova applicazione

Dall’inizio degli anni ’90, l’utilizzo del GPS è esploso in molti campi diversi, tra cui la navigazione stradale, l’agricoltura, la logistica, la topografia, la geologia, la meteorologia e molti altri. Ad esempio, nel campo della navigazione stradale, il GPS è diventato uno strumento essenziale per la guida in auto, con la maggior parte dei veicoli moderni che vengono dotati di sistemi di navigazione GPS incorporati. In agricoltura, il GPS è utilizzato per la mappatura precisa delle colture e per il controllo di macchine agricole automatizzate. O ancora, nella logistica, il GPS viene utilizzato per la localizzazione dei veicoli e per la pianificazione delle rotte più efficienti. Invece nella topografia, il GPS è utilizzato per la mappatura precisa del territorio e per la costruzione di infrastrutture.

Inoltre, forse vi stupirà, il GPS è stato utilizzato anche per scopi di ricerca scientifica, tra cui la misura della deformazione delle placche tettoniche, la determinazione delle correnti oceaniche e il monitoraggio dei cambiamenti climatici. Il GPS è anche utilizzato nella gestione delle risorse naturali e dei parchi nazionali. I ranger utilizzano il GPS per monitorare la posizione degli animali selvatici e per pianificare le loro attività di ricerca. Sono utilizzati per creare mappe dettagliate dei parchi nazionali, che aiutano i visitatori a navigare e a evitare i pericoli.

E per mettere la ciliegina sulla torta, l’uso del GPS non si limita solo alle attività professionali, ma anche al tempo libero. Gli escursionisti, i ciclisti e gli appassionati di sport all’aria aperta utilizzano il GPS per pianificare i loro itinerari e per monitorare la loro posizione in tempo reale. Il ricevitore GPS è diventato popolare anche tra gli appassionati di geocaching, un gioco basato sulla ricerca di tesori nascosti in tutto il mondo.

In sintesi, il GPS ha avuto un impatto significativo su molte industrie e campi, rendendo più semplice, efficiente e preciso il lavoro e il divertimento. Con l’evoluzione continua della tecnologia, è probabile che vedremo sempre più applicazioni innovative e sorprendenti in futuro.

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Conclusione

E così, cari lettori, ci siamo addentrati in questo fantastico mondo del GPS. Abbiamo scoperto come questa straordinaria tecnologia sia in grado di cambiare il nostro modo di vivere e di lavorare. Dalle semplici applicazioni per la navigazione alla guida, alle più sofisticate tecnologie per la geolocalizzazione e l’agricoltura, il GPS ha dimostrato di essere un vero e proprio alleato per il progresso umano. E chissà, forse un giorno potremo persino utilizzarlo per volare su Marte! Ma per ora, accendiamo il nostro GPS e godiamoci questo fantastico viaggio chiamato vita.

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